확산초음파의 콘크리트 함수율에 대한 의존성
Effects of Moisture Content in Concrete on Diffuse Ultrasound
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본 연구의 목적은 콘크리트 재료 및 구조물의 균열 특성 평가에 활용되고 있는 확산초음파 기법의 적용 가능성을 검토하는데 있다. 이를 위한 첫 단계로 외부 환경에 따라 변화하는 콘크리트의 수분 함유량 변화를 묘사하여, 확산초음파 파라미터와 콘크리트 수분 함유량 사이의 상관관계 분석을 수행하였다. 실험실 환경에서 완전 건조된 실험체를 수중에서 포화시켜가며 콘크리트 함수율의 차이를 묘사하였으며, 콘크리트 내부에서 초음파의 산란 현상이 충분히 발생하는 500 kHz 주파수 대역대의 신호를 가진 및 분석하여 확산초음파 파라미터인 초음파 확산계수와 초음파 에너지 소산계수를 산정하였다. 콘크리트의 수분 함유량은 확산초음파 실험 시 실험체의 무게 변화를 통해 추정하였으며, 수분 함유량 증가에 따라 실험체에서 무게가 약 2.5 % 가량 증가한 것으로 나타났다. 콘크리트 실험체의 포화정도에 따라 초음파 확산계수는 지속적으로 증가하는 것으로 나타났으나, 변화율은 확산초음파 기법의 계측 오차 범위 내에 있었다. 반면에, 초음파 에너지 소산계수는 완전 포화된 콘크리트에서 완전 건조된 콘크리트 대비 약 120 % 증가하여, 수분함유량에 대해 민감한 것으로 나타났다. 따라서, 추후 확산초음파 기법을 활용하여 콘크리트 재료 및 구조물의 균열 특성 평가 시 함수율에 대한 고려가 필요할 것으로 사료된다.
Abstract
This study investigates the effects of moisture content on diffuse ultrasound to be applied for the evaluation of micro-structural damagein concrete subjected to various environmental conditions. We monitored diffuse wave parameters for concrete samples in process of water saturationfor 5 days. Dried samples were immersed in a water bath, and the change of moisture content in concrete were estimated by measuring the changeof mass. For the diffuse wave analysis, a frequency range of 500 kHz, which represents a scattering regime of ultrasound in concrete, was selected. Thetest results reveal that the ultrasonic diffusivity slightly changed, and the ultrasonic dissipation significantly increased by approximately 120% in theprocess of water saturation. Therefore, the moisture content in concrete should be considered for the evaluation of micro-structural damage using diffusewave techniques.
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